一種電網故障智能告警系統及方法與流程

2023-09-16 08:37:20 3

本發明涉及一種電網故障系統，特別涉及一種電網故障智能告警系統及方法。

背景技術：

電網事故發生後，在很短的時間內會接到來自現場的大量的異常事故匯報，在scada(數據採集與監控系統)系統上出現大量的遙信變位信息和潮流越限等信息，在保信系統上也會出現保護的啟動、動作、閉鎖、重合閘等信號及更為詳細的故障信息，短時間內重要信息會被表象的大量數據湮沒。調控員無法迅速準確判斷故障情況，不利於及時、準確進行故障恢復。

對電力系統智能告警系統的研究今年來逐步增多，但至今仍未有完善的解決方案，其困難主要有以下幾點：

(1)信息量龐大，各種信號間的邏輯關係複雜；

(2)缺乏統一、規範的二次系統模型；

(3)缺乏冗餘信息的相互印證。

研究智能告警的方法很多，包括專家系統、人工神經網絡、模糊集、petri網、貝葉斯網絡、資訊理論、基於廣域測量系統等。每種方法各有利弊，專家系統知識庫的構建較難滿足複雜情況的需求；人工神經網絡對電網大數據系統構建較難；模糊集具有一定的主觀性；貝葉斯網絡診斷結果準確性依賴於樣本；petri網對複雜問題診斷速度較慢；廣域測量系統不能反映故障過程等。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種電網故障智能告警系統及方法，提高了電網事故的處理速度，使得電網管理人員對電網事故的原因及保護動作情況、開關跳閘情況有了直觀清楚的了解。

為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種電網故障智能告警方法，該方法包括：從數據採集監控系統獲取的故障引起的開關變位信息，從保信系統獲取的故障引起的保護裝置保護動作信息；

根據所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；

根據所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

顯示所述確定的故障或故障集合。

另外，所述的根據所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型的步驟包括：

根據開關變位與保護動作的對應關係，確定與變位開關對應的保護類型，所述保護類型包括主保護和後備保護；

若與所述開關變位對應的保護類型既包括主保護類型又包括後備保護類型，則判斷開關的跳閘保護時間是否小於後備保護的延時時間，若是，則保護類型為主保護類型；否則，保護類型為後備保護類型。

本技術方案對保護的類型區分為主保護類型和後備保護類型，並針對於同時出現主保護和後備保護這兩種類型的情況，通過限定開關跳閘時間和後備保護延時的時間，進行區分。從而提高了故障設備確定的精度。

另外，若確定的故障為故障集合c，則還包括：

按故障重數由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；其中，δ表示診斷結果，g表示最終診斷結果的超集；

確定coverage(δ)和occurrence(δ)；如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那麼將δ添加進診斷結果集合c中；

其中，expect(δ)表示δ預測發生的報警的集合，h為實際發生的報警的集合；cr表示coverage(δ)，or表示occurrence(δ)。

另外，所述的顯示所述確定的故障或故障集合的告警信息的步驟具體包括：

若c＝{}，則診斷結果為無故障，h中所有報警為誤報警，則輸出無故障信息；否則，進入b)，其中h為實際發生的報警的集合；

b)若|c|＝1，輸出故障集c；

c)若|c|＞1，遍歷c，確定所有候選診斷結果中最大的出現率maxor，即maxor＝max{or|or＝occurrence(δ)andδ∈c}，若只有一個δ的出現率等於maxor，輸出故障集結果；若有多於一個δ的出現率等於maxor，再比較這些結果的覆蓋率，若覆蓋率有唯一的最大值，輸出對應的診斷結果；否則，將多個同時具有最大出現率和最大覆蓋率δ存入集合l中，進入d)；

d)合併結合l中同一設備不同類型的故障後，輸出故障集合。

相應的本發明還提供一種電網故障智能告警系統，該系統包括：

數據採集監控系統、保信系統，另外，還包括故障診斷伺服器和顯示設備，所述故障診斷伺服器包括第一數據存儲模塊、第二數據存儲模塊以及控制器；

所述第一數據存儲模塊，存儲有從數據採集監控系統獲取的故障引起的開關變位信息；

所述第二數據存儲模塊，存儲有從保信系統獲取的故障引起的保護裝置保護動作信息；

所述控制器，用於根據來自第一資料庫的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；並根據所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集；

顯示設備，用於顯示伺服器確定的故障或故障集合。

另外，還包括移動客戶端，用於顯示所述伺服器確定的故障或故障集合。

另外，所述控制器還用於，根據開關變位信息與保護動作的對應關係，確定與變位開關對應的保護類型；所述保護類型包括主保護和後備保護；

若與所述開關變位對應的保護類型既包括主保護又包括後備保護，則判斷開關的跳閘保護時間是否小於後備保護的延時時間，若是，則保護類型為主保護；否則，保護類型為後備保護。

另外，若確定的故障為故障集合c，則所述控制器還用於：

按故障重數由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；其中，δ表示診斷結果，g表示最終診斷結果的超集；

確定coverage(δ)和occurrence(δ)；如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那麼將δ添加進診斷結果集合c中；

其中，expect(δ)表示δ預測發生的報警的集合，h為實際發生的報警的集合；

本發明的電網故障智能告警方法，該方法根據來自數據採集監控系統的開關變為信息以及來自保信系統的保護動作信息來確定具體的故障設備。從確定故障設備的角度上看，本發明實施例根據開關變為信息確定保護動作的類型，然後根據保護類型對應的保護路徑去查找故障設備，因此可以追溯到最根本的故障設備，而不會被相關的保護裝置帶來的開關動作所迷惑。另外，從信息的顯示上看，避免了現有技術中逐條顯示告警信息，信息之間的相互覆蓋的缺陷，方便了工作人員的查看，提高了工作人員的工作效率。

附圖說明

圖1是本發明一種電網故障智能告警系統的一種實施例的示意圖；

圖2是本發明一種電網故障智能告警系統的故障診斷伺服器的一種實施例的示意圖；

圖3是本發明一種電網故障智能告警方法的第一種實施例的流程示意圖；

圖4是本發明一種電網故障智能告警方法的第二種實施例的流程示意圖；

圖5是本發明一種電網故障智能告警方法的第三種實施例的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細說明。

如圖1-2所示，本發明一種電網故障智能診斷告警系統實施例包括：數據採集監控系統1、保信系統2以及故障診斷伺服器3和顯示設備4，其中數據採集監控系統1和保信系統2分別與故障診斷伺服器3連接，故障診斷伺服器3與顯示器連接。

數據採集監控系統1，存儲有大量的遙信變為信息和潮流越限等信息；

保信系統2，該系統上會出現保護的啟動、動作、閉鎖、重合閘等信號及更為詳細的故障信息。

故障診斷伺服器3，設置有第一數據存儲模塊31和第二數據存儲模塊32以及控制器33。第一數據存儲模塊31和第二數據存儲模塊32分別與控制器33連接，控制器33可以從第一數據存儲模塊和第二數據存儲模塊獲取相應的故障信息。

第一數據存儲模塊31存儲有從數據採集監控系統獲取的各報警信息的開關變位信息；另外存儲的信息還包括一次設備的描述及其拓撲連接關係

第二數據存儲模塊32存儲有從保信系統獲取的各報警信息的保護動作信息；另外，存儲的信息還包括二次設備(主要是保護裝置)的配置、信號的語義以及與一次設備的關聯關係；並且對保護設備進行了分類，歸納為如下10類智能電子設備(ied，intelligentelectronicdevice)線路保護ied、線路就地判別ied、變壓器保護ied、變壓器非電量保護ied、母線保護ied、高抗保護ied、低抗保護ied、電容保護ied、斷路器保護ied、短引線保護ied；每個ied對象下含若干邏輯節點，代表其具有的保護功能。例如，目前國內廠家生產的超高壓線路保護裝置一般都以縱聯差動、相間或接地距離一段、零序過流一段等保護功能作為主保護，以相間或接地距離二段、零序過流二段等作為後備保護。歸納ied中出現的普通邏輯節點類，共有16種：pdif(差動保護)、pdis(距離保護)、pdir(方向保護)、ptoc(過流保護)、pvph(過激磁保護)、pvoc(復壓閉鎖過流保護)、ptov(過電壓保護)、ptuv(欠電壓保護)、ppdp(三相不一致保護)、pdup(欠功率方向保護)、scas(冷控失電)、rrtc(線路就地判別)、rbrf(斷路器失靈保護)、rrec(重合閘)、ptrc(跳閘)、ggio(告警)。每個邏輯節點類包括狀態信息(啟動信號和動作信號)、定值信息(包括投退信息)及保護類型信息。其中，保護類型信息指為了區分保護行為的更為詳細的類型信息，為根據實際需要自行擴充，包括保護類型、保護子類型、動作信息來源、故障類型、延時類型、段數、時限、特殊類型。

控制器33，用於根據來自第一資料庫的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；並根據所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集。

顯示設備4，可以顯示器，該顯示器的大小可以根據需要顯示的數據情況進行確定，如果數據比較龐大可以採用比較大的顯示器，比如掛在牆上的液晶顯示平等。如果需要顯示的數據比較少，則可以為小型的設置於伺服器旁邊的臺式的顯示屏。

另外，還可以包括移動用戶終端5，該用戶終端可以是手持用戶終端，這樣工作人員可以進行隨身攜帶，這樣就可以將接收到的告警信息直接顯示給工作人員，工作人員可以在查看後第一時間趕到故障現場，對故障設備進行搶修，提高了工作人員的相應速度。

下面說明本發明的另一方面。

參見圖3所示，該圖是本發明一種電網故障智能告警方法的一種實施例的流程示意圖，包括如下步驟：

s1，從數據採集監控系統獲取各報警信息的開關變位信息，從保信系統獲取各報警信息的保護動作信息；

s2，根據所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；

s3，根據所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s4，顯示所述確定的故障或故障集合。

參考圖4，該圖是本發明一種電網故障智能告警方法的第二種實施例流程示意圖，該實施例與第一實施例不同的是步驟s2具體包括：

s21，根據開關變位與保護動作的對應關係，確定與變位開關對應的保護類型，所述保護類型包括主保護和後備保護；

s22，若保護類型為主保護類型，則根據與主保護類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s23，若保護類型為後備保護類型，則根據與後備保護類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s24，若與開關變位對應的保護類型是否既包括主保護類型又包括後備保護類型，則執行步驟s25；

s25判斷開關的跳閘保護時間是否小於後備保護的延時時間，若是，則執行步驟s22，否則，執行步驟s23。

需要說明的，主保護類型負責在電網設備發生嚴重故障時第一時間切除故障，當其動作判據成立時，應無延時驅動開關將故障切除。也就是說，只要主保護投入，「故障→主保護」的因果關係是無條件成立的。遍歷所有主保護，自動建立主保護動作與其所在ied對應的一次設備的相應類型故障間的規則。例如：主變故障→主變差動保護，線路相間故障→線路相間距離i段保護，線路接地故障→線路接地距離i段保護，母線故障→母線差動保護。

相應的，後備保護類型負責在故障未被第一時間有效切除的情況下作為後備手段切除故障。與主保護相比，後備保護有兩個特點：一是經延時動作，二是同時保護多個設備。所以建立後備保護的規則時，應使用一次模型中的拓撲連接關係進行拓撲搜索，結合該後備保護的段次判斷其保護的範圍。例如，線路二段後備保護，除保護本線路全長外，還保護線路對端的母線；線路三段後備保護的保護範圍將進一步擴大到本線路對端母線連接的其它設備及其對端母線。應遍歷所有後備保護，從每一後備保護的安裝位置開始拓撲搜索，建立後備保護動作與其保護範圍內設備的相應類型故障間的規則。例如：線路相間故障→線路相間距離ii段保護，線路相間故障→線路相間距離iii段保護，線路接地故障→線路接地距離ii段保護，線路接地故障→線路接地距離iii保護，線路對端母線故障→線路相間距離ii段保護，線路對端母線故障→線路接地距離iii段保護。

上述拓撲搜索針對後備保護的第二個特點，而後備保護的第一個特點表明，若故障在其延時結束前已被切除，則後備保護無需動作。所以，後備保護延時結束時，若其安裝位置仍與故障設備連接，則「故障→後備保護」的規則有效；反之無效。為此，在拓撲搜索時記錄沿搜索路徑的所有開關，診斷前檢查這些開關是否在後備保護延時結束前已跳開。但是，由於我們不知道故障發生的準確時間，也就不知道後備保護延時結束的時間。為此，採用以下方法間接判斷：

(1)若搜索路徑上的開關未跳閘，則「故障→後備保護」的規則無效，此時說明不是這個保護動作切除故障，是其他保護使開關跳閘；

(2)若搜索路徑上的開關跳閘，且驅使其跳閘的保護的延時短於後備保護，則「故障→後備保護」的規則無效；否則有效。以線路對端母線故障為例，線路相間距離ii段保護為後備保護，從保護安裝處首先是線路開關，然後是母線開關，如果母線主保護動作，母線開關會跳閘，即驅使母線開關跳閘的母線主保護動作延時短於線路相間距離ii段保護，所以「線路對端母線故障→線路相間距離ii段保護」的規則無效，即母線的故障應該由「母線故障→母線差動保護」的主保護規則來判斷。

這樣就將無法確知的後備保護延時瞬間開關是否跳閘的判斷，轉化成了可以準確知道的保護延時的比較問題。

另外，針對於保護功能與變為開關的關係，一般來講，保護功能控制其安裝位置的開關跳閘。例如，線路保護控制線路本側的開關跳閘，變壓器保護控制變壓器各側開關跳閘。因此，可以拓撲搜索被保護設備周圍的開關，建立「保護→開關」的規則。

但是，也會存在比較複雜的跳閘邏輯。例如，主變高壓側後備保護第一時限跳主變中壓側開關，第二時限跳主變各側開關。這時，就需要按照跳閘規則，為不同類型的保護自動搜索相應開關，並建立「保護→開關」的規則。例如，主變差動保護→主變各側開關跳閘，主變高壓側後備保護→主變中壓側開關跳閘，主變高壓側後備保護→主變各側開關跳閘，線路相間距離ii段保護→線路開關跳閘，線路相間距離i段保護→線路開關跳閘，線路相間距離iii段保護→線路開關跳閘，控制器在故障診斷的過程中。

符合最簡原則，即能假設較少的故障來解釋的現象，就不假設更多的故障來解釋。但這並不等價於假設故障的個數最小。例如，若{c1}和{c1，c2}都可以準確解釋報警，那麼只選用{c1}。但如果除{c1}外，{c2，c3}也可以準確解釋報警，那{c1}並不能排除{c2，c3}。

下面定義一些概念，作為診斷算法的基礎：

(1)定義為f為所有可能故障的集合，a為所有可能報警的集合，h為實際發生報警的集合。

(2)定義診斷結果δ為故障集合f的一個子集，即

(3)某診斷結果的出現率

其中，expect(δ)表示δ預測發生的報警的集合，h為實際發生的報警的集合。

(4)某診斷結果的覆蓋率

顯然，出現率和覆蓋率都為1的診斷結果等價於嚴格符合邏輯的診斷結果。

(5)某診斷結果下的漏報警

ma＝expect(δ)-h∩expect(δ)(3)

表示δ預測發生但實際未發生的報警的集合。

(6)某診斷結果下的誤報警

fa＝h-h∩expect(δ)(4)

表示實際發生但δ無法解釋的報警的集合。

(7)定義漏警率

missingrate(δ)＝1-occurrence(δ)(5)

(8)定義誤警率

falserate(δ)＝1-coverage(δ)(6)

(9)最大故障重數maxfaults。表示算法考慮的故障的最大重數，故障重數指診斷結果中故障的個數。它表徵了算法處理多重故障的能力。

(10)出現率下限orlimit(∈(0，1])和覆蓋率下限crlimit(∈(0，1])。

具體實現時通常按照下列三個步驟：

(1)解釋報警：在溯因圖中，從每一個實際發生的報警向上回溯，找到所有可能的故障ci∈f，所有這樣得到的ci組成集合g。顯然g一定是最終診斷結果的超集。

(2)篩選故障：定義c為診斷結果的集合。按故障重數由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}。在此過程中，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；計算coverage(δ)，occurrence(δ)

如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那麼將δ添加進診斷結果集合c中。

(3)處理結果：

a)若c＝{}，則診斷結果為無故障，h中所有報警為誤報警；否則，進入b)。

b)若|c|＝1，輸出診斷結果；

c)若|c|＞1，遍歷c，確定所有候選診斷結果中最大的出現率maxor，即maxor＝max{or|or＝occurrence(δ)andδ∈c}，若只有一個δ的出現率等於maxor，輸出該結果；若有多於一個δ的出現率等於maxor，再比較這些結果的覆蓋率，若覆蓋率有唯一的最大值，輸出對應的診斷結果；否則，將多個同時具有最大出現率和最大覆蓋率δ存入集合l中，進入d)。

d)當l中存在多個元素時，往往意味著當前規則難以有效分辨同一設備的不同類型的故障，此時應對代表同一設備不同類型的故障進行融合。若δ1∈l與δ2∈l反映了同樣一組一次設備的故障，則將δ1與δ2合併。例如，如果δ1表示線路l兩相短路，δ2表示線路l三相短路，則合併為線路l短路。若融合後l中僅有一個診斷結果，輸出該結果；否則，輸出l中所有不同的診斷結果。

本診斷方法充分利用已有規則信息，很好地處理不確定診斷問題和多重故障診斷問題，給出「最可能的」一種或幾種診斷結果。另外，由於本方法首先由已發生的報警找出所有可能的故障，再進一步篩選，所以篩選的空間小，診斷速度快。

另外，顯示設備在顯示故障信息的時候通常通過三種方式，

(1)在分類報警顯示的診斷結果列表中顯示根源事件(即故障)，在其他報警列表中顯示原始報警信號及其對應的根源事件；

(2)顯示診斷結果簡報，包括故障、漏警率、誤警率、漏報警和誤報警；

(3)顯示故障對應的事件樹，以圖形化方式表達根源事件、報警間的因果關係、誤報警和漏報警。

參考圖5，該圖是本發明的一種電網故障智能告警系統進行智能展示的一種實施例的示意圖，圖中示出了百桃變#1主變箱體故障的故障信息。通過這樣的智能展示，是的調控員對電網事故原因及保護動作情況、開關跳閘情況有直觀清除的了解，對快速處理電網事故提供了有利的支撐。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。